都知道,肝臟具有很強(qiáng)的再生能力。對受損的肝臟來說,“新生”肝細(xì)胞無異于救兵??蛇@些“救兵”從哪兒冒出來,科學(xué)家們一度摸不著頭腦,究其原因,沒有趁手的觀察“武器”。牛年元宵,中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心(生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所)周斌研究組就拿出了一項(xiàng)“?!背晒_發(fā)了一種可以長時(shí)間不間斷捕捉細(xì)胞增殖的新技術(shù):ProTracer,利用該技術(shù)他們發(fā)現(xiàn)了成體肝臟中新生肝細(xì)胞的來源。這項(xiàng)成果在北京時(shí)間今天凌晨登上了國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(Science)。
拒絕“盲人摸象”
肝臟是人體內(nèi)重要的代謝器官,它的主要功能細(xì)胞是肝細(xì)胞。肝臟一旦受損,需要“新生”肝細(xì)胞才能完成功能修復(fù)。肝臟的基本單位是肝小葉,肝小葉中的肝細(xì)胞通過自我增殖產(chǎn)生新的肝細(xì)胞。每個(gè)肝小葉可以分為多個(gè)區(qū)域,這些區(qū)域中的肝細(xì)胞“不盡相同”,可增值能力哪家強(qiáng),科學(xué)家們各持己見,誰也沒法說服誰。值得一提的是,在《科學(xué)》125歲生日的時(shí)候,期刊推出了125個(gè)最前沿的科學(xué)問題,其中一條恰是“器官再生機(jī)制是什么?”
以往有關(guān)肝細(xì)胞來源的研究,都依賴單個(gè)分子標(biāo)記,來追蹤肝臟中某一肝細(xì)胞亞群,再觀察這個(gè)亞群的擴(kuò)增情況?!斑@就好像盲人摸象,觀察的是事物的局部而非整體?!敝鼙蟠虮确秸f。
自2011年歸國后,周斌長期耕耘于“細(xì)胞命運(yùn)”領(lǐng)域的研究探索。去年,他還因在譜系示蹤技術(shù)方面的成果,被授予第二屆科學(xué)探索獎(jiǎng)。
從照相機(jī)到攝像機(jī)
“傳統(tǒng)檢測細(xì)胞增殖的方法就像照相機(jī),只能檢測某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的細(xì)胞增殖,并且無法對各類細(xì)胞的增殖做精準(zhǔn)區(qū)分?!敝鼙蠼榻B。肝細(xì)胞增殖速率較為緩慢,而肝臟中其他類型的細(xì)胞比如巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生增殖的速率又相對較快。利用傳統(tǒng)方法檢測細(xì)胞增殖,肝細(xì)胞增殖信號(hào)很容易被其他細(xì)胞增殖信息“屏蔽”。
課題組意識(shí)到,若要準(zhǔn)確尋找到新生肝細(xì)胞的來源,需要在肝臟整體水平上檢測所有肝細(xì)胞的增殖情況,也就是讓“照相機(jī)”進(jìn)化成長時(shí)程、不間斷“拍攝”,并且用信噪比和分辨率高的“攝像機(jī)”。
要完成這個(gè)“鳥槍換炮”的工程,課題組想,如果將同源重組過程中的可誘導(dǎo)性,變成持續(xù)性,整個(gè)系統(tǒng)依然可控,這個(gè)方法或許可行。在前期工作的基礎(chǔ)上,課題組開發(fā)了一種能夠捕捉細(xì)胞增殖的錄像機(jī)——ProTracer。這臺(tái)錄像機(jī)有點(diǎn)厲害,“待機(jī)”時(shí)間長——可以在長時(shí)間內(nèi)不間斷地追蹤細(xì)胞增殖,定位精度高——追蹤某一特定細(xì)胞類群的細(xì)胞增殖。“以前的技術(shù)就像滿天繁星中尋找其中一兩顆,而ProTracer能讓目標(biāo)細(xì)胞被打上聚光燈,成為‘夜空中最亮的仔’?!?/p>
新技術(shù)應(yīng)用前景廣
工欲善其事,必先利其器。有了趁手的“武器”,課題組在小鼠實(shí)驗(yàn)中,利用這項(xiàng)技術(shù),給增殖的肝細(xì)胞打上“唯一標(biāo)記”,經(jīng)過長達(dá)數(shù)周至數(shù)月的“密切”追蹤,最終發(fā)現(xiàn)成體肝臟中新生肝細(xì)胞主要來源于肝小葉中間區(qū)域的肝細(xì)胞。
據(jù)介紹,這項(xiàng)研究通過全新的視角和技術(shù)手段,直觀展現(xiàn)了所有肝細(xì)胞類群的增殖情況,揭示了成體肝臟在生理穩(wěn)態(tài)和損傷再生過程中肝細(xì)胞的來源,為肝臟損傷修復(fù)再生研究開辟了新思路,為肝臟疾病的治療提供了新的理論基礎(chǔ)。
而“新式武器”ProTracer技術(shù)長時(shí)間不間斷檢測和特異性標(biāo)記的兩大優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)了不犧牲樣品直接活體檢測細(xì)胞增殖,從多個(gè)維度提高了細(xì)胞增殖檢測的能力和范圍,可以廣泛應(yīng)用于不同組織器官細(xì)胞增殖的檢測?!氨热缧募〖?xì)胞的增殖,在體外很容易觀察,有了這項(xiàng)技術(shù),體內(nèi)促再生時(shí),就能檢測到了?!贝送?,ProTracer還為發(fā)育生物學(xué)、腫瘤學(xué)、神經(jīng)科學(xué)和再生醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域的研究提供強(qiáng)大技術(shù)支撐。
這一研究成果也讓國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)<屹澆唤^口。瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院艾瑪·安德森評(píng)價(jià)該工作“開發(fā)了非常有趣新穎的追蹤細(xì)胞增殖的新技術(shù),揭示了肝臟在生理穩(wěn)態(tài)和不同損傷狀態(tài)下肝細(xì)胞的來源”。國家肝癌科學(xué)中心的王紅陽院士認(rèn)為“ProTracer技術(shù)具有廣泛的實(shí)用性,可以拓展到人體多種組織器官中有關(guān)細(xì)胞增殖、起源等的研究” 。
原載于新民客戶端 2021年2月26日
作者:郜陽